Realmente no sé mucho acerca de las señales de radio.
Pero quiero saber si existe alguna relación matemática entre la antena dB y la salida de un circuito de RF (he oído decir que este circuito es de 200 mW, por ejemplo).
Quiero mejorar el alcance de un circuito de RF. ¿Pero no sé si es posible hacerlo con una antena diferente (con dB más alto) o tengo que hacer que la salida de mi señal sea más fuerte?
Puedes hacerlo de cualquier manera. Primero necesitas juntar todas tus unidades. En pequeños circuitos de RF puede ver la salida anotada en dBm, que es la potencia absoluta referenciada a un milivatio. Para convertir de dBm a W o mW y en sentido inverso, estas ecuaciones de Wikipedia proporcionan la respuesta,
$$ P = 1mW \ veces 10 ^ {{dBm} \ sobre {10}} \\ P = 1W \ veces 10 ^ {{(dBm - 30)} \ sobre 1} \\ dBm = 10log_ {10} {P \ over1mW} \\ dBm = 10log_ {10} {P \ over1W} + 30 $$
Entonces, si su sistema tiene una potencia nominal de 200 mW, calculará una salida de 23dBm. Esto se usará en la ecuación al final de esta respuesta.
La ganancia de una antena no es un aumento literal en la potencia de salida, es una ganancia percibida en una dirección o en un eje por lo que uno esperaría de un radiador isotrópico (una esfera perfecta) o un radiador dipolo (hay otros puntos de referencia menos comunes). Es decir, si estuviera parado a una cierta distancia de un radiador isotrópico perfecto y midiera una potencia de 0 dB, leería 0 dB en cada punto a la misma distancia de la antena, pero una antena real con una ganancia de 2 dB leerá 2 dB en algún punto con la misma distancia de la antena, pero ciertamente no todos los puntos a esa distancia. Si la antena está listada con unidades de ganancia de dB, es probable que se trate de un radiador isotrópico, pero podría ser con respecto a un dipolo. Algunos fabricantes usan \ $ dB_i \ $ o \ $ dB_d \ $ para denotar esta diferencia.
Como una ilustración entre los dos, en la imagen debajo de todos los puntos de la línea se leerá la misma potencia de salida.
Sisoloestuvieranencendidaslasantenasnoisotrópicas,yunamidieralapotenciadesalidaenelpuntodecrucedelejeyelradiadorisotrópico,lapotenciaseríasuperiora0dB,porejemplo3dB,entoncessediríaquelaantenatieneunagananciade3dB.Pero,silamediciónserealizóenelladoopuesto,lagananciaseríainferiora0dB,talvez-5dB.
Sideseacalcularlacantidaddeenergíaquerecibirá,puedeutilizarla
$$ P_r = P_t + G_t + G_r + 10log_ {10} ({\ lambda \ sobre {4 \ pi R}}) $$
La \ $ P_r \ $ es la potencia recibida, \ $ P_t \ $ es la potencia transmitida que calculó desde arriba, las \ $ G \ $ s son ganancias de las antenas de transmisión y recepción respectivamente (en dB) y el bit final es la ecuación de antena isotrópica, que le dirá cuánta energía se "perdió" porque no se dirigió a su antena receptora. Entonces, como puede ver, aumentar la ganancia de la antena o la potencia transmitida aumentará la potencia recibida.
En resumen, puede obtener una antena con una ganancia mayor y apuntarla correctamente para aumentar la intensidad de la señal o puede aumentar la potencia entregada a la antena. Cualquiera de los dos, hecho correctamente, aumentará la potencia de salida de su sistema (o al menos la potencia recibida por el otro extremo del sistema).
Quiero mejorar el alcance de un circuito de RF
La fórmula de pérdida de enlace le dice cuántos decibeles se pierden entre el transmisor y el receptor en el espacio libre: -
Pérdida (dB) = \ $ 32.45 + 20log_ {10} [\ $ frecuencia (MHz) \ $] + 20log_ {10} [\ $ distancia (km) \ $] \ $
Por ejemplo, si transmite a 433MHz y su distancia es de 10 km, la pérdida del enlace es de 32.4dB + 52.7dB + 20dB = 105dB. Si solo está transmitiendo 1 km, la pérdida es de 85 dB. Vale la pena mencionar en este punto que la fórmula solo se aplica a las ondas de campo lejano y esto significa cualquier distancia mayor que 10 x longitud de onda. A 433MHz, el campo lejano es de aproximadamente 7 m, pero esto sería para antenas simples como dipolos. Las antenas parabólicas, debido al enfoque de las señales, tienen un campo lejano mayor.
Le permite calcular la pérdida de dB entre las antenas isotrópicas en el espacio libre. Las antenas reales tienen una ganancia en comparación con la antena isotrópica, por lo que la pérdida se ve mitigada por las ganancias de la antena. Si se utilizan antenas dipolo, se eliminan 2 x 1.76dB de la pérdida y se convierten en 102dB.
Si la salida de transmisión es de 20dBm, usando el ejemplo anterior obtendrás una potencia de recepción de -82dBm.
Pero cuánto ancho de banda puede colocar y recibir con éxito. Este documento titulado "lo esencial de la propagación de ondas de radio" (por Christopher Haslett) es una fuente de información sobre este tema y relaciona el ancho de banda y la potencia requerida de un receptor con la fórmula: -
\ $ P_ {requerido} (dBm) = -154 + 10log_ {10} \ $ (velocidad de bits)
Si va a recibir 512 kbps, la potencia mínima necesaria es -154dBm + 57dBm = 97dBm
La fórmula de pérdida de enlace es para el espacio libre, es decir, no hay obstáculos que obstaculizar ni efectos extraños causados por nuestro planeta. El documento vinculado a lo anterior también incluye algunas de las fórmulas utilizadas para calcular la pérdida de enlace cuando se toma en cuenta la "Tierra". El modelo Okumura – Hata (página 35) ofrece lo siguiente: -
\ $ pérdida (dB) = 146.8 - 13.82log_ {10} h + (44.9-6.55log_ {10} h) log_ {10} d \ $
Esto es específicamente para 900MHz (aunque se enlaza con el documento original que cubre otras frecuencias) y supone una altura de antena de teléfono móvil de 1.5 m. En la fórmula anterior, h es la altura de la estación transmisora y d es la distancia.
El documento vinculado es una fuente de gran información y probablemente vale la pena una buena lectura.